Diamante je težko izdelati. Oblikujejo se v zgornjem plašču Zemlje, približno sto milj pod površjem, pod pritiski drobljenja lobanje in temperaturami taljenja kamnin. Čeprav je kopiranje teh pogojev v laboratoriju postalo običajno, je oprema draga in postopek lahko traja dneve do tedne.
Sorodne vsebine
- Manjka nam najmanj 145 mineralnih snovi, ki vsebujejo ogljik, in lahko si jih pomagate najti
- Starodavni diamanti so prišli iz morske vode in prihodnji diamanti lahko prihajajo iz zraka
- Ta afriška rastlina vodi pot do diamantnih nahajališč
Zdaj, po desetletjih testiranja, je ekipa z univerze v državi Severna Karolina odkrila hiter način izdelave diamantov, ki jih je mogoče storiti brez stiskanja ogljika pod ekstremnim pritiskom ali ga segrevati s konvencionalnim pečenjem.
"Pretvarjanje ogljika v diamant je bil najdaljši cilj za znanstvenike po vsem svetu, " pravi Jagdish Narayan, glavni avtor prispevka, ki je bil ta teden objavljen v Journal of Applied Physics .
Presenetljivo je, da sta Narayan in njegova ekipa v postopku izdelave svojih diamantov odkrila tudi novo fazo ogljika, ki so jo poimenovali Q-ogljik. Ta bizaren material je celo trdnejši od diamanta, je magnetni in oddaja mehak sijaj. Q-ogljik lahko poleg svoje vloge pri ustvarjanju hitrejših, cenejših diamantov najde tudi uporabo v elektronskih zaslonih in lahko pomaga pri našem razumevanju magnetizma na drugih planetih.
Za spreminjanje ogljika v diamant je potrebna ogromna količina energije, zato so se prej mislili, da se tvorijo le pod visokimi pritiski in temperaturami, razlaga geofizičarka Rebecca Fischer, podoktorska sodelavka iz Smithsonianovega nacionalnega naravoslovnega muzeja, ki ni bila vključena v raziskave .
Toda po Narayanu je vse v hitrosti. "S hitrim postopkom lahko v bistvu zavedamo mati naravo, " pravi.
Pod rednim prostorskim pritiskom je ekipa izpostavila amorfni ogljik, ki nima nobene kristalne strukture, izredno kratkim laserskim impulzom. To je ogljik segrelo na približno 6.740 stopinj Farenhajta - za primerjavo, sončna površina znaša približno 10.000 stopinj Farenhita.
Luža stopljenega ogljika se nato hitro ohladi ali duši, da nastane nov močan Q-ogljik.
Druge različice ogljika kažejo zelo različne lastnosti - kot mehki, neprozorni grafit v primerjavi s trdimi, bleščečimi diamanti - in Q-ogljik ni nobena izjema. Na primer, ko se ogljik stopi, se vezi med atomi skrajšajo in nimajo časa, da bi se spet podaljšale, ko se material nenadoma ohladi. Zaradi tega je končni izdelek gostejši in trši od diamanta.
Še bolj vznemirljivo je dejstvo, da je Q-ogljik magnetni pri sobni temperaturi - eden redkih materialov z magnetnim ogljikom, ki so jih kdaj ustvarili. In zaradi svoje posebne atomske ureditve material oddaja majhne količine svetlobe. Zaradi teh lastnosti bi lahko ogljik Q postal izjemno dragocen za prihodnje elektronske aplikacije.
Njegova neposrednejša uporaba pa pomaga pri ustvarjanju diamantov. Z rahlo spreminjanjem hitrosti, s katerim se staljeni ogljik hladi, ga lahko znanstveniki uporabijo za gojenje kristalov diamantov v kupu oblik, kot so nanoneedle, mikroneedi, nanodoti in filmi, razlaga Narayan.
Slika od blizu, ki prikazuje mikro diamante, narejene po novi tehniki. (Časopis za uporabno fiziko) Postopek je poceni, deloma tudi zato, ker uporablja laser, ki je že priljubljen za laserske operacije oči. Poleg tega metoda goji diamante v nekaj nanosekundah.
"Karat lahko naredimo v približno 15 minutah, " pravi Narayan.
Trenutno so diamanti majhni - največji je približno 70 mikronov ali približno širina človeških dlak, pravi Narayan. Prepričan pa je, da se lahko proces poveča. Na tej točki je glavna omejitev velikosti dragulja laser, pravi, širši žarek pa bi lahko naredil večje diamante.
Toda namesto da bi ustvarili velik dragulj, je metoda verjetno najbolj obetavna za množično proizvodnjo manjših penečih se, pravi Fischer.
Drobni diamanti so uporabni na različnih področjih, vključno z elektroniko, medicino in abrazivi, razlaga fizik Keal Byrne, tudi podoktorski naravoslovni muzej. "Nov način ustvarjanja [diamantov] - še posebej takšnega, ki se izogiba številni infrastrukturi starih metod - je super, " pravi Byrne.
Ekipa se zdaj osredotoča na razumevanje intrigantnih lastnosti ogljika Q, celo nakazuje, da bi lahko pomagal razložiti magnetna polja drugih planetov, za katere se zdi, da nimajo aktivnih dinamov.
Toda Byrne pravi: "To je res zanimivo odkritje, preden se bomo lahko preizkusili v te vrste, še veliko več. [Toda] kar izhaja iz tega - zdaj je to zanimiv del. "
